Перейти к содержанию

Усилитель класса D

Усилитель класса D работает не как линейный усилитель, а как быстрый ключ: он превращает звуковой сигнал в последовательность импульсов. Поэтому он почти не греется — но излучает помехи на частоте переключения.

Обновлено Редакция GAW

Усилитель класса D превращает звуковой сигнал в импульсы постоянной частоты, ширина которых меняется вместе с сигналом, — это ШИМ. Выходные транзисторы работают как ключи, а звук выделяется из импульсов фильтром или инерцией самого динамика: среднее напряжение за период пропорционально коэффициенту заполнения.

На примере PAM8403 по даташиту Diodes:

ПараметрЗначение
Частота переключения260 кГц
КПД87 % на 8 Ом, 83 % на 4 Ом
Сопротивление открытых ключей140 мОм (n-канал), 180 мОм (p-канал)
Выходмостовой, без выходного фильтра

Высокий КПД означает, что в тепло уходит лишь малая часть мощности: микросхема в корпусе SOP-16 выдаёт до 3 Вт на канал от питания 5 В. Для сравнения, линейный LM386 класса AB в корпусе того же размера рассчитан на мощность в доли ватта.

Обратная сторона — помехи. Выходы переключаются с крутыми фронтами на сотнях килогерц, и провода к динамику работают как антенна. Diodes рекомендует ставить на выходы PAM8403 ферритовые фильтры, а при коротких проводах — большой конденсатор на питании. В радиоприёмниках и рядом с чувствительными аналоговыми цепями поэтому иногда выбирают линейный усилитель. Сравнение LM386 и PAM8403 — в карточке LM386 и PAM8403, другие микросхемы — в разделе «Микросхемы усилителей звука».

Частые вопросы

Почему у усилителя класса D такой высокий КПД?

Выходные транзисторы работают как ключи: они либо полностью открыты, либо закрыты, и в обоих состояниях рассеивают мало мощности. У PAM8403 сопротивление открытых ключей — 140–180 мОм. Diodes указывает КПД 87 % на нагрузке 8 Ом и 83 % на 4 Ом.

Нужен ли фильтр на выходе усилителя класса D?

Классически — да: LC-фильтр убирает частоту переключения. Безфильтровые усилители вроде PAM8403 нагружают импульсами сам динамик: его индуктивность и инерция сглаживают сигнал. Но провода до динамика излучают помехи, поэтому Diodes рекомендует ферритовые фильтры на выходах в большинстве применений.

Можно ли подключить наушники к усилителю класса D?

Только если это предусмотрено даташитом. У безфильтровых мостовых усилителей вроде PAM8403 оба вывода динамика — это выходы, работающие в противофазе, и общего провода у нагрузки нет. Наушники с общим проводом к ним не подключают.

Источники

  1. Diodes Incorporated. PAM8403: Filterless 3W Class-D Stereo Audio Amplifier (DS36439 Rev. 2-3, September 2020) — частота переключения 260 кГц, КПД 87 % на 8 Ом и 83 % на 4 Ом, сопротивление выходных ключей 140 и 180 мОм, мостовые выходы, ферритовые фильтры против помех
  2. Texas Instruments. LM386 Low Voltage Audio Power Amplifier (SNAS545D, revised August 2023) — для сравнения — линейный усилитель с однотактным выходом и выходным конденсатором

Нашли ошибку?